Использование датчиков

26 апреля 2007  |  Общие данные (основные понятия, особенности)





Датчики сигналов применяемые в радиоаппаратуре служат для преобразования различных физических величин в электрические сигналы. В зависимости от характера сигналов формируемых на их выходе различают: контактные датчики, резистивные, емкостные, индуктивные и некоторые другие.

Контактные датчики, могут использоваться для регистрации лишь двух уровней состояния объекта (замкнут али разомкнут). Раньше они широко использовались в качестве конечных выключателей в системах автоматики, а также в качестве датчиков качения в охранных сигнализациях. В настоящее время из за низких технико-эксплутационных данных, они практически не используются.

Более распространенными являются резистивные датчики. Они изменяют выходное сопротивление в зависимости от изменения входных физических параметров. В качестве датчика перемещения может служить обычный переменный резистор, если его движок соединить с перемещаемым объектом. Разрешающая способность такого датчика может достигать 0.05 мм, погрешность измерения около 0.1%, а рабочая частота до 1Гц. Наилучшая температурная стабильность у резистивных датчиков выполненных из состаренных (подвергнутых циклическому нагреву до 120-130 0С с последующим охлаждением до комнатной температуры) манганиновых сплавов. Для уменьшения реактивной составляющей у проволочных датчиков их намотку выполняют на спец. каркасах бифилярно.

Другим видом резистивных датчиков являются тензорезисторы. Они представляют собой «змейку» из тонкой проволоки, скрепленную тонкой гибкой подложкой-изолятором. Тензорезисторы обычно приклеиваются к поверхности испытываемого объекта. Любая деформация поверхности вызывает изменение геометрии резистивной проволоки и, следовательно, изменение ее сопротивления. С помощью тензорезисторов объект исследуется в области упругих деформаций. Поэтому допустимое значение напряжений не должно превышать20-30% предела упругости. Полупроводниковые тензорезисторы имеют в десятки раз большую тензочувствительность, по сравнению с обычными, но вместе с тем они менее термостабильны. Тензорезисторы n-типа имеют отрицательный коэффициент тензочувствительности, а p-типа – положительный.

Наиболее распространенными резистивными датчиками являются терморезисторы. Обычные терморезисторы могут выполняться из платины, меди, вольфрама, и др. материалов. Среди полупроводниковых терморезисторов различают термисторы и позисторы. Первые из них характеризуются положительным ТКС, вторые - значительным отрицательным. Полупроводниковые терморезисторы наряду с более высокой чувствительностью по сравнению с обычными, обладают такими недостатками как нелинейность и узкий температурный диапазон. Максимальная рабочая температура полупроводниковых терморезисторов не может превышать 300 0С, в то время как для вольфрамовых терморезисторов она может достигать 3000 0С.

Гигристоры это резистивные датчики влажности изменяющие свое сопротивление в зависимости от влажности окружающей среды. Они могут быть выполнены в виде диэлектрической пластины с нанесенными на ее поверхность проводниками и покрытую влагопоглощающим слоем (например солями стронция), сопротивление которого меняется, соответственно изменению влажности. В зависимости от состава покрывающего слоя, гигристоры могут увеличивать свое сопротивление при увеличении влажности, или - уменьшать.

Среди менее распространенных резистивных датчиков можно отметить магниторезисторы. Их действие основано на эффекте Гаусса (увеличение сопротивления полупроводника при внесении его в магнитное поле). В этом случае регулируя напряженность магнитного поля можно управлять сопротивлением резистора.

Еще одним видом резистивных датчиков являются фоторезисторы меняющие свое сопротивление под воздействием света. Они широко используются в качестве светочувствительных элементов в устройствах автоматики. Среди недостатков фоторезисторов следует отметить низкое быстродействие, не превышающее нескольких десятков Гц.

Среди фотодатчиков можно также назвать селеновые фотоэлементы, спектральная чувствительность которых наиболее близка к человеческому глазу, а также фотодиоды и фототранзисторы. Максимальная рабочая частота, может составлять десятки мегагерц.

Емкостные датчики изменяют электрическую емкость под воздействием внешних факторов. Чаще всего их используют для регистрации изменения объема. В этом случае емкостной датчик представляет собой пластины, установленные таким образом чтобы электрическая емкость между ними менялась в соответствии с изменением объема внешнего пространства.

Индуктивные датчики преобразуют изменение физических величин в соответствующее изменение выходной индуктивности. В таких датчиках обычно используется принцип изменения индуктивности катушки за счет изменения положения сердечника. Прецизионный измеритель перемещения использующий этот принцип описан в соответствующем разделе. Очень высокие технические характеристики позволяют использовать подобный прибор для проведения самых различных метрологических измерений.

Для определения концентрации растворов можно использовать безэлектродные датчики представляющие собой катушку, погруженную в раствор. При прохождении тока по катушке создается магнитное поле, индуцирующее в жидкости токи, величина которых зависит от электропроводности (концентрации жидкости). Так как величина этих токов влияет на сопротивление катушки, то по изменению сопротивления можно судить о концентрации раствора.

Термопары это датчики непосредственно преобразующие разность температур на концах двух соединенных разнородных материалов в пропорциональное этой разности напряжение. Иными словами ЭДС формируемая термопарой пропорциональна разности температур между ее соединенными и свободными концами.

Автор: НЕИЗВЕСТНО


Код для размещения на форумах или блоге

«